АПАРАТНО-ПРОГРАМНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ СИСТЕМИ АВТОМАТИЧНОГО КЕРУВАННЯ ПРОЦЕСОМ СПАЛЮВАННЯ ПАЛИВА В КОТЛОАГРЕГАТАХ МАЛОЇ ТА СЕРЕДНЬОЇ ПОТУЖНОСТІ. ЧАСТИНА 1. СПОСІБ ТА АПАРАТНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ

Автор(и)

  • Артур Запорожець Інститут технічної теплофізики НАН України, Київ https://orcid.org/0000-0002-0704-4116
  • Юрій Куц Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», приладобудівний факультет https://orcid.org/0000-0002-8493-9474

DOI:

https://doi.org/10.20535/1970.61(1).2021.237091

Ключові слова:

котлоагрегат, контроль, керування, спалювання палива, апаратне забезпечення, сенсор кисню

Анотація

В Україні на теперішній час налічується більше 6000 котельних установок теплопродуктивністю до 1 Гкал/год з коефіцієнтом корисної дії (ККД) близько 70 %, що потребують заміни чи модернізації, 40 % котлів експлуатуються з ККД менше 82 %, близько 11000 котлоагрегатів потужністю від 100 кВт до 1 МВт знаходяться в експлуатації більше 20 років. Хоча частка цих котлоагрегатів в системі комунальної теплоенергетики України не перевищує 14 %, прогнозована економія природного палива в цих котлах складає більше 130 млн кубометрів на рік. Таким чином підвищення ефективності процесу спалювання палива в котлоагрегатах малої та середньої потужності є актуальною задачею.

У статті представлено результати створення способу та його апаратної реалізації для підвищення швидкодії та достовірності контролю процесу спалювання палива в котлоагрегатах на основі вимірювання концентрацію залишкового кисню у відхідних газах. Розроблений спосіб реалізується ступінчастою корекцією співвідношення повітряно-паливної суміші, що надходить в топку котла для спалювання, за зворотними сигналами від широкосмугового кисневого сенсора виробництва Bosch, що знаходиться у відхідному каналі. Регулювання співвідношення «повітря-паливо» з автоматичним налаштуванням частоти обертання дуттєвого вентилятора залежно від кількості природного палива, що надходить для спалювання, забезпечує малотоксичне спалювання палива з незначними викидами оксидів азоту та монооксиду вуглецю, та високий ККД.

Додатково застосування частотно-регульованого електроприводу в системі керування процесом спалювання дає змогу зменшити енергоспоживання на 30-40 %, усунути пускові струми та перевантаження двигуна, зменшити механічний знос устаткування, збільшити термін служби контактно-комутаційної апаратури. В цілому, розроблена система надає змогу оптимізувати режим спалювання палива із врахуванням фактичних умов, режимів роботи котлоагрегату та характеристик палива; знизити питомі витрати палива мінімум на 10%; зменшити рівень викидів оксидів азоту до 40 % та монооксиду вуглецю до 50 %; підвищити ККД мінімум на 5 %; якісно спростити роботу обслуговуючого персоналу котлоагрегату.

Біографії авторів

Артур Запорожець, Інститут технічної теплофізики НАН України, Київ

Старший науковий співробітник

Канд. техн. наук,спец.:Комп'ютерні системи та компоненти

Юрій Куц, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», приладобудівний факультет

доктор техн. наук, професор

Посилання

O.V. Zamytsʹkyy, and I.I. Yefymenko, “Modernizatsiya systemy avtomatychnoho keruvannya rezhymamy roboty kotla”, Visnyk Kryvorizʹkoho natsionalʹnoho universytetu, is. 30, pp. 177-181, 2012. (In Ukrainian)

V.A. Barskyy, A.E. Fryshman, and A.Yu. Lysenko, “Adaptyvnaya systema upravlenyya tyahodutʹevymy mekhanyzmamy kotelʹnykh ahrehatov ÉKO-3”, Elektromekhanichni i enerhozberihayuchi systemy, no. 3, pp. 199-201, 2012. (In Russian)

A. Quintero-Marquez, C. Bernard, A. Zoulalian, and Y. Rogaum, “Improving the operation of an automatic wood chip boiler by optimizing CO emissions”, Energy and Fuels, vol. 28, pp. 2152-2159, 2014. Doi: 10.1021/ef402021c

A. Zaporozhets, “Analysis of control system of fuel combustion in boilers with oxygen sensor”, Periodica Polytechnica Mechanical Engineering, vol. 64, no. 4, pp. 241-248, 2019. Doi: 10.3311/PPme.12572

A. Zaporozhets, “Eksperymentalʹni doslidzhennya systemy kontrolyu spalyuvannya palyva u kotloahrehatakh”, Metrolohiya ta prylady, no. 5-1, pp. 111-114, 2017. (In Ukrainian)

B.I. Taras, “Vymiryuvannya KKD vodohriynoho kotloahrehata na hazovomu palyvi u masshtabi realʹnoho chasu”, Visnyk Natsionalʹnoho universytetu «Lʹvivsʹka politekhnika», no. 677, pp. 87-92, 2010. (In Ukrainian)

I.B. Abramsʹka, O.F. Yenikyeyev, and D.Yu. Zakharchenko, “Analiz metrolohichnykh kharakterystyk aparatnykh zasobiv dlya vymiryuvanʹ parametriv chastotno-modulʹovanoho syhnalu”, Visnyk Donbasʹkoyi derzhavnoyi mashynobudivnoyi akademiyi, no. 2(44), pp. 169-174, 2018. (In Ukrainian)

V.P. Babak, and A.O. Zaporozhetsʹ, “Systema yakosti horinnya povitryano-palyvnoyi sumishi v kotloahrehatakh maloyi ta serednʹoyi potuzhnosti”, Metody ta prylady kontrolyu yakosti, no. 2(33), pp. 106-114, 2014. (In Ukrainian)

J. Blondeau, L. Rijmenans, J. Annendijck, A. Heyer, E. Martensen, I. Popin, A. Wijittongruang, and L. Holub, “Burner air-fuel ratio monitoring in large pulverised-fuel boilers using advanced sensors: Case study of a 660 MWe coal-fired power plant”, Thermal Science and Engineering Progress, vol. 5, pp. 471-481. Doi: 10.1016/j.tsep.2018.02.006

A.O. Zaporozhets, “Research of the process of fuel combustion in boilers”, Control of Fuel Combustion in Boilers. Studies in Systems, Decision & Control, vol. 287, pp. 35-60, 2020. Doi:10.1007/978-3-030-46299-4_2

A. Zaporozhets, “Doslidzhennya stekhiometrychnoyi sumishi «povitrya-palyvo» orhanichnykh spoluk. Chastyna 1. Alkany”, Naukoyemni tekhnolohiyi, vol. 22, no. 2, pp. 163-167, 2014. Doi: 10.18372/2310-5461.22.6803 (In Ukrainian)

A. Zaporozhets, “Doslidzhennya stekhiometrychnoyi sumishi «povitrya-palyvo» orhanichnykh spoluk. Chastyna 2. Alkeny, alkiny”, Naukoyemni tekhnolohiyi, vol. 24, no. 4, pp. 393-399, 2014. Doi: 10.18372/2310-5461.24.7506 (In Ukrainian)

Pat. 102512, Ukrayina, MPK F23N5/18. Systema kontrolyu yakosti horinnya; zayavl. 25.09.2014; opubl. 10.11.2015. Byul. №21. (In Ukrainian)

C. Oswald, V. Plaček and B. Šulc, "Advanced control with economic - ecological optimization for biomass-fired boilers," Proceedings of the 2014 15th International Carpathian Control Conference (ICCC), Velke Karlovice, Czech Republic, pp. 407-412, 2014. Doi: 10.1109/CarpathianCC.2014.6843637.

B Bazooyar, A. Shariati, and S.H. Hashemabadi, “Characterization and reduction of NO during the combustion of biodiesel in a semi-industrial boiler” Energy and Fuels, vol. 29, pp. 6804-6814, 2015. Doi: 10.1021/acs.energyfuels.5b01529

M. Bailera, P. Lisbona, and L.M. Romeo, “Power to gas-oxyfuel boiler hybrid systems”, International Journal of Hydrogen Energy, vol. 40, pp. 10168-10175, 2015. Doi: 10.1016/j.ijhydene.2015.06.074

J.P. Carroll, J.M. Finnan, F. Biedermann, T. Brunner, and I. Obernberger, “Air staging to reduce emissions from energy crop combustion in small scale applications”, Fuel, vol. 155, pp. 37-43, 2015. Doi: 10.1016/j.fuel.2015.04.008

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-06-30

Як цитувати

Запорожець, А., & Куц, Ю. (2021). АПАРАТНО-ПРОГРАМНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ СИСТЕМИ АВТОМАТИЧНОГО КЕРУВАННЯ ПРОЦЕСОМ СПАЛЮВАННЯ ПАЛИВА В КОТЛОАГРЕГАТАХ МАЛОЇ ТА СЕРЕДНЬОЇ ПОТУЖНОСТІ. ЧАСТИНА 1. СПОСІБ ТА АПАРАТНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ. Вісник Київського політехнічного інституту. Серія Приладобудування, (61(1), 37–45. https://doi.org/10.20535/1970.61(1).2021.237091

Номер

Розділ

НАУКОВІ ТА ПРАКТИЧНІ ПРОБЛЕМИ ВИРОБНИЦТВА ПРИЛАДІВ ТА СИСТЕМ